Международная группа ученых при участии сотрудника ОЭПВАЯ А.Н. Грум-Гржимайло успешно применила кристаллы хорошо известного щелочного галогенида, фторида лития (LiF) в качестве оптической памяти для трехмерного изображения пучка жестких рентгеновских лучей. Проведенные пионерские исследования, результаты которого опубликованы в Scientific Reports v.5, 17713 (2015), затрагивают области лазерной и атомной физики, физики высоких плотностей энергии, рентгеновской оптики, оптических запоминающих устройств, генерации центров окраски жестким рентгеновским излучением, фотолюминесценции.
Международная исследовательская группа из университета Осака, института физико-химических исследований (RIKEN Spring-8 Center), института фотонных наук Кансаи (Япония), объединенного института высоких температур РАН и НИИ ядерной физики МГУ с помощью прямого облучения кристалла LiF пучком рентгеновского лазера на свободных электронах (РЛСЭ) SACLA (Япония) впервые в мире показала, что кристаллы LiF позволяют записывать и хранить 3D изображения жесткого рентгеновского излучения в виде плотности распределения центров окраски. Это новый метод позволил получить трехмерный образ сфокусированного пучка вдоль направления его распространения (рис.1), включая распространение внутри вещества (рис.2). Высокая чувствительность, большой динамический диапазон и микронное пространственное разрешение используемого LiF детектора позволило измерить распределение интенсивности пучка как на больших расстояниях от фокуса, так и рядом с фокусом (рис.1), и провести оценку параметров пучка одного из самых мощных в мире РЛСЭ. Проведенные исследования показали, что уникальная реакция кристалла LiF на поглощенную дозу рентгеновского излучения путем пропорциональной генерации центров окраски внутри объема кристалла, его высокое разрешение и динамический диапазон, высокий порог радиационного повреждения, отсутствие каких-либо электронных схем, нечувствительность к видимому свету и доступность, дают значительные преимущества в использовании этого нового метода визуализации и хранения изображений рентгеновского излучения для когерентных и некогерентных источников жестких рентгеновских лучей. Работа представляет интерес как фундаментальный, так и для приложений и оптимизации интенсивных источников рентгеновского излучения. Предложенный метод может быть, например, использован для определения характеристик и оптимизации различных фокусирующих систем, разработанных для РЛСЭ и синхротронов.
Рис.1 (a) Изображения жесткого рентгеновского излучения в кристалле LiF, соответствующие срезу 3D профиля сфокусированного пучка РЛСЭ SACLA.
(b) Принципиальная схема использования кристалла LiF.
Рис. 2. (a) Процесс записи информации в кристалле LiF. (b) Изображения жесткого рентгеновского излучения в кристалле LiF, которые позволили определить наилучшее положение фокуса в 3D профиле пучка РЛСЭ SACLA.